一种带有加热功能的船用惯性分离装置

1.本发明涉及的是一种燃气轮进气装置，具体地说是进气道防冰装置。


背景技术：

2.燃气轮机因其单机功率大、功率密度高、可靠性高等优点，广泛应用在船舶、航空、发电、输气管道等领域。船舶燃气轮机由于其进气道距离长、结构复杂，且工作在高盐雾、湿冷的空气环境下，因此进气道常有结冰现象的发生。船舶燃气轮机进气系统的结冰现象常常发生在进气滤器表面发生，引发堵塞的可能性，如果不能得到及时的处理，将会导致进气流量的降低，影响船舶燃气轮机的工作效率，严重时将会扰乱船舶燃气轮机的正常运行。目前国内外通常采用的防冰措施是将压气机压缩后的高温高压气体引至进气处加热来流湿空气进行引气防冰，或是在进气口进行加热。这类措施在进气道内会进一步增加进气的阻力损失，容易对燃气轮机的稳定安全运行造成威胁，影响燃气轮机的正常工作。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供高效低阻、综合能力强的一种带有加热功能的船用惯性分离装置。
4.本发明的目的是这样实现的：
5.本发明一种带有加热功能的船用惯性分离装置，其特征是：包括惯性分离装置单元，惯性分离装置单元包括相邻的主加热分离叶片和副加热分离叶片，主加热分离叶片包括相连的n+1个加热分离单元，n+1个加热分离单元的两端分别为叶片前端圆角和主加热分离叶片出口导流板，副加热分离叶片包括相连的n个加热分离单元，n个加热分离单元的两端分别为副加热分离叶片前导流板和副加热分离叶片后导流板；惯性分离装置单元与惯性分离装置单元之间并行布置。
6.本发明还可以包括：
7.1、所述加热分离单元设置热蒸汽加热通道，热蒸汽加热通道的两侧分别设置左疏水沟槽和右疏水沟槽。
8.2、左疏水沟槽和右疏水沟槽开口方向与进气来流方向相对。
9.3、热蒸汽加热通道到左疏水沟槽和右疏水沟槽的最近距离均为δ，左疏水沟槽和右疏水沟槽的深度均为2δ，左疏水沟槽和右疏水沟槽的壁厚均为δ。
10.4、左疏水沟槽和右疏水沟槽的弧长对应的圆心角为θ，θ范围在45
°
至75
°
。
11.5、两相邻的热蒸汽加热通道的圆心距离为l；主加热分离叶片前端圆角的直径为2δ；副加热分离叶片前导流板厚度为2δ，前端倒角圆直径为2δ，长度为l/2；主加热分离叶片出口导流板厚度为2δ，末端倒角圆直径为2δ，长度为l；副加热分离叶片后导流板厚度为2δ，末端倒角圆直径为2δ，长度为3l/2。
12.6、热蒸汽加热通道的管径d不小于51mm，壁厚δ不小于2mm，采用耐压3.0mpa、耐高温500k的316l不锈钢材质。
13.本发明的优势在于：本发明通过固定的结构设计，将船用防冰蒸汽锅炉中的高温高压水蒸气经管路引入加热管的同时，使进气冷空气的温度高于结冰条件，以达到除冰目的。通过对加热分离单元设置疏水沟槽，以实现进气滤清效果。通过结构设计和布局实现在有限的阻力损失限定下，同时实现防除冰效果和滤清效果，保障燃气轮机的安全稳定运行。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图；
15.图2为加热分离单元的结构示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
17.结合图1-2，本发明为一种带有加热功能的船用惯性分离装置，包括主加热分离叶片1和副加热分离叶片2。主加热分离叶片1上由n+1个加热分离单元3、主加热分离叶片出口前端圆角4和主加热分离叶片出口导流板5组成；副加热分离叶片2由n个加热分离单元3、副加热分离叶片前导流板10和副加热分离叶片后导流板6组成；在单独的加热分离单元3上，内部有热蒸汽加热通道7，热蒸汽加热通道7的左右两侧，分别为左疏水沟槽8和右疏水沟槽9。主加热分离叶片1和副加热分离叶片2共形成一级船用惯性分离装置。
18.加热分离单元3中左疏水沟槽8和右疏水沟槽9设置在热蒸汽加热通道7的两侧，加热分离单元3的左疏水沟槽8和右疏水沟槽9开口方向与进气来流方向相对。
19.主加热分离叶片1上的加热分离单元3为n+1个，副加热分离叶片2上的加热分离单元3为n个。
20.主加热分离叶片出口导流板5、副加热分离叶片后导流板6、副加热分离叶片前导流板10的末端均带有圆角结构。
21.主加热分离叶片1的加热分离单元3中心热蒸汽加热通道7圆心的连线与副加热分离叶片2的加热分离单元3中心热蒸汽加热通道7圆心的连线平行，这两条平行线的间距为d/2+5δ+h。
22.热蒸汽加热通道7的通道内直径为d；沿着进气方向最前端到最末端的距离为l；左疏水沟槽8和右疏水沟槽9在热蒸汽加热通道7两侧呈对称布局，尺寸一致。热蒸汽加热通道7的到左疏水沟槽8和右疏水沟槽9的距离均为δ，左疏水沟槽8和右疏水沟槽9的深度均为2δ，左疏水沟槽8和右疏水沟槽9的壁厚均为δ；左疏水沟槽8和右疏水沟槽9的弧长对应的圆心角为θ。
23.主加热分离叶片1和副加热分离叶片2中，两相邻的热蒸汽加热通道7的圆心距离为l；主加热分离叶片前端圆角4的直径为2δ；主加热分离叶片1中的热蒸汽加热通道7的圆心到副加热分离叶片2中的热蒸汽加热通道7的圆心连线的投影距离为d/2+5δ+h；副加热分离叶片前导流板10厚度为2δ，前端倒角圆直径为2δ，长度为l/2；主加热分离叶片出口导流板5厚度为2δ，末端倒角圆直径为2δ，长度为l；副加热分离叶片后导流板6厚度为2δ，末端倒角圆直径为2δ，长度为3l/2。
24.在图1中，加热分离单元3由内部圆柱状的热蒸汽加热通道7和两个对称的左疏水沟槽8和右疏水沟槽9构成。在加热分离单元3中应满足的位置关系为热蒸汽加热通道7的到
左疏水沟槽8和右疏水沟槽9的距离均为δ，左疏水沟槽8和右疏水沟槽9的深度均为2δ，左疏水沟槽8和右疏水沟槽9的壁厚均为δ；左疏水沟槽8和右疏水沟槽9的弧长对应的圆心角为θ。其中热蒸汽加热通道7要求管径d不小于51mm，壁厚δ不小于2mm，采用耐压3.0mpa、耐高温500k的316l不锈钢材质进行加工。左疏水沟槽8和右疏水沟槽9的弧长对应的圆心角θ，范围在45
°
至75
°
。分离效率受θ影响在80％至90％范围变化。
25.在图1中，由主加热分离叶片前端圆角4、主加热分离叶片出口导流板5和n+1个加热分离单元3和主加热分离叶片1出口导流板构成主加热分离叶片1；由副加热分离叶片前导流板10、n个加热分离单元3和副加热分离叶片后导流板6、构成副加热分离叶片2。主加热分离叶片1的加热分离单元3中心热蒸汽加热通道7圆心的连线与副加热分离叶片2的加热分离单元3中心热蒸汽加热通道7圆心的连线平行，这两条平行线的间距为d/2+5δ+h。其中h的大小应保证船用惯性分离装置的阻力损失在1000pa以内。
26.海洋中盐雾和水滴的来流湿冷空气，流经主加热分离叶片1和副加热分离叶片2之间的流体通道后，由于惯性的作用水滴会在拐弯处紧贴壁面，由于内部热蒸汽的加热作用，低温液滴无法在表面结冰，从而汇聚后在拐弯处被疏水槽收集，不再随主流气体流动，并在重力的作用下向下流动最后离开进气道。该结构的总压损失在1000pa以内，能实现对冷空气的温度提升大于10℃，对水滴的滤清效率大于80％。

技术特征：
1.一种带有加热功能的船用惯性分离装置，其特征是：包括惯性分离装置单元，惯性分离装置单元包括相邻的主加热分离叶片和副加热分离叶片，主加热分离叶片包括相连的n+1个加热分离单元，n+1个加热分离单元的两端分别为叶片前端圆角和主加热分离叶片出口导流板，副加热分离叶片包括相连的n个加热分离单元，n个加热分离单元的两端分别为副加热分离叶片前导流板和副加热分离叶片后导流板；惯性分离装置单元与惯性分离装置单元之间并行布置。2.根据权利要求1所述的一种带有加热功能的船用惯性分离装置，其特征是：所述加热分离单元设置热蒸汽加热通道，热蒸汽加热通道的两侧分别设置左疏水沟槽和右疏水沟槽。3.根据权利要求2所述的一种带有加热功能的船用惯性分离装置，其特征是：左疏水沟槽和右疏水沟槽开口方向与进气来流方向相对。4.根据权利要求2所述的一种带有加热功能的船用惯性分离装置，其特征是：热蒸汽加热通道到左疏水沟槽和右疏水沟槽的最近距离均为δ，左疏水沟槽和右疏水沟槽的深度均为2δ，左疏水沟槽和右疏水沟槽的壁厚均为δ。5.根据权利要求2所述的一种带有加热功能的船用惯性分离装置，其特征是：左疏水沟槽和右疏水沟槽的弧长对应的圆心角为θ，θ范围在45
°
至75
°
。6.根据权利要求4所述的一种带有加热功能的船用惯性分离装置，其特征是：两相邻的热蒸汽加热通道的圆心距离为l；主加热分离叶片前端圆角的直径为2δ；副加热分离叶片前导流板厚度为2δ，前端倒角圆直径为2δ，长度为l/2；主加热分离叶片出口导流板厚度为2δ，末端倒角圆直径为2δ，长度为l；副加热分离叶片后导流板厚度为2δ，末端倒角圆直径为2δ，长度为3l/2。7.根据权利要求2所述的一种带有加热功能的船用惯性分离装置，其特征是：热蒸汽加热通道的管径d不小于51mm，壁厚δ不小于2mm，采用耐压3.0mpa、耐高温500k的316l不锈钢材质。

技术总结
本发明的目的在于提供一种带有加热功能的船用惯性分离装置，包括惯性分离装置单元，惯性分离装置单元包括相邻的主加热分离叶片和副加热分离叶片，主加热分离叶片包括相连的n+1个加热分离单元，n+1个加热分离单元的两端分别为叶片前端圆角和主加热分离叶片出口导流板，副加热分离叶片包括相连的n个加热分离单元，n个加热分离单元的两端分别为副加热分离叶片前导流板和副加热分离叶片后导流板；惯性分离装置单元与惯性分离装置单元之间并行布置。本发明通过结构设计和布局实现在有限的阻力损失限定下，同时实现防除冰效果和滤清效果，保障燃气轮机的安全稳定运行。保障燃气轮机的安全稳定运行。保障燃气轮机的安全稳定运行。


技术研发人员：王忠义 邓智伟 李泽远 王萌 任永鹏 王艳华 万雷
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/6/27